ch061调制与解调ok

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,笫6章,调制与解调,6.1 幅度调制,6.1.1 标准幅度调制,6.1.2 抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅,6.1.3 正交幅度调制与解调,6.1.4 数字信号调幅,6.2 角度调制,6.2.1 角调调制的基本概念,6.2.2 频率调制信号的性质,6.2.3 实现频率调制的方法与电路,6.2.4 调频波的解调方法与电路,6.2.5 数字信号的相位调制,2024/9/19,1,引言,调制的必要性：,可实现有效地发射，可实现有选择地接收。,调制的方式和分类,：,按载波,的不同可分为脉冲调制、正弦调制和对光波进行的,光强度调制等。,按调制信号,的形式可以分为模拟调制和数字调制。调制信,号为模拟信号的称为模拟调制，调制信号为数字信号的称,为数字调制。,正弦波调制有,幅度调制,、频率调制和相位调制三种基本方,式,，后两者合称为,角度调制,。,调制是一种非线性过程。,载波被调制后将产生新的频率分量，,通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。,2024/9/19,2,6.1 幅度调制,幅度调制（,AM）,是指载波的幅度随调制信号的变化规律而,变化，而其角频率和初相位均为常数。,幅度调制有如下方式：,标准幅度调制,（,Standard AM）。,双边带幅度调制,（,Double Sideband AM，,记为,DSB AM），,这种调幅方式又称,抑制载波调幅,（,Suppressed Carrier AM，,简记为,SC AM）。,残留边带幅度调制,（,Vestigial Sideband AM，,简记为,VSB AM）。,正交幅度调制,（,Quadrature,AM）。,单边带幅度调制,（,Single Sideband AM，,记为,SSB AM）。,数字信号调幅,（,ASK，,幅度键控）。,2024/9/19,3,6.1.1 标准幅度调制,标准幅度调制是各种幅度调制中最基本的一种。在关于,幅度调制的性质以及调制与解调技术原理等方面，它还是最基本的。所以，将幅度调制的共同问题，集中在这一节里说明。,标准调幅波信号的性质：,信号的数学表示式。,波形图。,频谱函数与频谱。,信号所具有的功率在各频率分量之间的分配关系等。,6.1.1.1 标准调幅波的基本特性,2024/9/19,4,（1）标准调幅波信号的数学表示式,假定,调制信号,为：,载波信号,为：,进行标准调幅后的表示式为：,从定义角度,从画波形角度,从调幅波产生,与频谱角度,式中，,称为,调幅指数,，在标准幅度调制中，为保证不出现过调制，,要求 。,2024/9/19,5,（2）标准调幅波信号的波形与频谱,单频余弦波调幅,：,上边频,下边频,返回,2024/9/19,6,（2）标准调幅波信号的波形与频谱（续）,任意波形调幅,：,上边频,下边频,上边带,下边带,上图,2024/9/19,7,（3）标准调幅波信号的功率（单位电阻上）分配关系,载波占有功率为：,两边带所占有的功率为：,调幅波所具有的总功率为,：,2024/9/19,8,（4）标准调幅波的讨论,已调信号的幅度随调制信号而变化,。因此，调幅信号幅度的,包络线近似为调制信号的波形。只要能取出这个包络信号就可,实现解调。,调幅波的频谱由两部分组成。一部分是未调载波的频谱，另,一部分是分别平移至 处的调制信号的频谱，幅度减半。,标准调幅信号所占的频带宽度为,，即它是调制信号频带,宽度的两倍。,但从传递信息的角度看，标准调幅信号所占的频,带宽度中有一半是多余的,，因此，,这种调幅方式在频率资源利,用上是有缺点的。,2024/9/19,9,幅度调制是一种非线性过程,，因为它将调制信号的各频率分,量变换为载波频率与这些频率的和频和差频分量。但都是将信,号的频谱在频率轴上平移。因此，,又称幅度调制为线性调制,。,在调幅波中，,欲传送的信息包含在边带内，载波分量并不包,含欲传送的信息,。而它所占有的功率却为总功率的一半以上。,因此，,从有效地利用发射机功率的角度考虑，标准幅度调制是,有缺点的,。,2024/9/19,10,6.1.1.2 实现标准调幅的方法,它是由载波和载波与调制信号相乘的两部分组成。据此，可以,得到实现标准调幅的两种方案，如下图所示。,cm,V,K,=,),(,t,v,f,),(,t,v,AM,cm,V,t,c,w,cos,),(,t,v,f,),(,t,v,AM,t,c,w,cos,实现两个信号的相乘，可以应用第4章中讨论的时变参量线性,电路或相乘器，这里不再详述。,2024/9/19,11,载波,调制,2024/9/19,12,2024/9/19,13,举例 1：,1496电路图,幅度调制是使高频信号的振幅正比于一个低频信号的瞬时值的过程，通常称高频信号为载波信号，低频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的装置。,本实验采用集成模拟相乘器1496来构成调幅器。,高频信号为载波信号：,低频信号为调制信号：,幅度调制器电路仿真,2024/9/19,14,6.1.1.3 标准调幅信号的解调,调幅信号的解调就是从调幅信号中取出调制信号，它是调幅,的逆过程。,解调器叫检波器。,2024/9/19,15,（1）对检波器的技术要求,：,p330,检波效率：,检波效率是指检波,器输出信号的幅度与输入调幅信,号中包络的幅度之比。对于单频,正弦信号调幅，这时的检波效率,或称为检波器的传输系数为：,这里需要说明，指的是两个不,同频率信号的幅度比，这与一,般放大器的增益概念是不同的。,2024/9/19,16,检波失真：,要求检波器的输出信号波形与输入调幅信号的包络之间只有时间延迟或幅度比例上的变化，而不出现新的频率成分或改变原有各频率分量间的相互关系，也即不出现非线性失真或线性失真。,输入阻抗：,检波电路是前级放大器的负载，它的输入阻抗将,影响前级的工作，需合理设计。,谐波输出：,检波器的输出信号中，除有用信号外，往往还包,含有载波及其各次谐波分量。低通滤波器可以使送往下级的检,波信号中不包含这些分量，但在载波频率较高时，在低通滤波,器之前，这些分量就可能通过空间辐射、寄生耦合或电源反馈,到前级，影响电路工作的稳定性。因此在设计检波器时，要尽,量避免载波及其高次谐波的出现。,2024/9/19,17,（2）解调方法可分为两类 (即相干解调与非相干解调,),相干解调：,相干解调方法的方框图如下图所示。它是将调,幅信号与一本地载波信号相乘以得出调制信号分量。,这个本,地载波信号是在接收设备内产生的，并且与调幅信号中的载,波相干，或者说是同步的,，即本地载波与调幅信号中载波的,频率相同，二者的相位也应相同或有很小的相位差，所以这,种解调方法又称,同步解调,。,低通滤波器,返回,2024/9/19,18,（2）解调方法（续1）,数学分析：,若调幅信号表示为：,本地载波信号表示为：,则相乘的结果为：,它包括低频分量和二倍载频分量,两部分，经低通滤波器滤除,附近的分量后，可得解调输出为：,从上式可以看出，相角 将直接影响解调的输出。极端情况,下，如果 ，则将无解调输出。从这里可以看出，,产生和载频信号同频同相本地载波是相干解调的一个关键问题,。,上图,2024/9/19,19,同步检波电路,同步检波电路的方框图如图。本地载波恢复电路利用输入调幅信号产生出与调幅信号中载波信号同步的本地载波信号，然后与输入调幅信号相乘，并经低通滤波器滤波，得到检波输出。,低通,滤波器,本地载波,恢复电路,2024/9/19,20,2024/9/19,21,（2）解调方法（续2）,非相干解调：,利用某些元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换，,也可实现调幅波的解调。,它不需要本地载波作为相干信号，,因此称之为非相干解调,。,经常应用的非相干解调方法有,小信号平方律解调、平均包络,解调和大信号峰值包络解调,等。,大信号峰值包络解调：,当载波频率比调制信号的最高频率高得多时，,调幅信号幅度的包络线近似为调制信号的波形。,因此，只要能取出这个包络信号就可实现解调。,（,要求 ，其中 是调制信号最高频率。,）,2024/9/19,22,低通,滤波器,1、 小信号平方律解调,2024/9/19,23,特点：,一，解调输出信号与输入信号幅度的平方成比。,-,-平方律解调器,。,二、，从解调输出的频谱看，不仅在 间出现了新的频率分量，而且在 范围内的频谱结构也与原调制信号频谱结构不同。,- 失真,2024/9/19,24,小信号平方律 检波 电路,：,二极管有偏置电压。,二极管电流全流通。,输入信号 很小。,电路的技术指标：,检波效率：,输入阻抗：,检波失真：,非线性失真系数,用于功率指示。,2024/9/19,25,2、大信号峰值包络解调器,检波器电路,：,最常用的峰值包络解调器,二极管无偏置电压。,输入信号 大。,二极管电流流通角很小。,返回,元件参数满足下列条件：,载波信号周期,调制信号周期,2024/9/19,26,2、大信号峰值包络解调器（续2）,电路的工作过程： 电路充放电,。,上图,返回1,返回2,2024/9/19,27,2024/9/19,28,2、大信号峰值包络解调器（续1）,电路的技术指标：,电流流通角：,检波效率：,输入阻抗：,检波失真：,波形失真。,2024/9/19,29,2、大信号峰值包络解调器（续3）,电路的对角切割失真：,（,惰性失真,）,如果检波器的 数值选择过大，当载波幅度下降到,某一时刻 时，由于 电路放电速度慢，以致下一,个载波周期的正半周最大值仍低于该时刻的 ，则二,极管不能导通。,现象：,将按 决定的自身的放电规律变化，而不,反映输入调幅信号的包络。,直到某一时刻 ，输入信号幅度又增长到超过该时刻,的 值后，检波器才恢复正常工作。,这种失真现象，好像是沿正弦波的对角切了一刀，因此叫,做“对角切割”失真。为避免这种失真，要求 的放电,速度较调幅信号包络下降速度快。,上图,2024/9/19,30,2024/9/19,31,为避免这种失真，要求 的,放电速度,较调幅信号,包络下降,速度,快。如果输入信号为一调幅波：,调幅信号包络是：,在时刻,包络下降速度,：,在 时刻,放电的起始电压：,在 时刻,放电的速度：,放电的规律是：,在 时刻,上图,2024/9/19,32,在时刻 包络下降速度：,在 时刻,放电的速度：,为避免这种失真，要求,的放电速度较调幅信号包络,下降速度快。,举例：,2024/9/19,33,电路的负峰切割失真：,V,C,V,im,V,R,maV,im,要求：,所以：,2024/9/19,34,幅度调制是使高频信号的振幅正比于一个低频信号的瞬时值的过程，通常称高频信号为载波信号，低频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的装置。,本实验采用集成模拟相乘器1496来构成调幅器，图(,a),一为1496集成片的内部电路图，它是一个四象限模拟相乘器的基本电路。由差动放大器 、 、驱动双差分放大器 组成， 、 和 为差动放大器 、 的恒流源。进行调幅时，载波信号加在双差分放大器 的输入端即引出脚、之间，调制信号加在差动放大器 、 的输入端即和脚之间。,2024/9/19,35,、 的两发射极之间（即引出脚、之间）外,接1,k,电阻，以扩大调制信号的动态范围。已调信号取,自双差动放大器的两集电极之间（即引出脚、(12)之,间）输出。用1496集成片构成的调幅器电路如图(,b),所,示，图中 用来调节引出脚和之间的平衡，,用来调节、脚之间的平衡，三极管3,DG6,为射极跟,随器，以提高调幅器带负载的能力。,（1）根据图 (,a),和图(,b),画出调幅器的电路图；,（2）实现全载波调幅（ ）；,（3）实现抑制载波调幅。,【提示】所加输入信号请参考实验讲义。,2024/9/19,36,图（,a）,1496集成片的内部电路图,12,载波信号入,调制信号入,14,5,返回,2024/9/19,37,图（,b）,用1496集成片构成的调幅器电路,1496,2024/9/19,38,